移动台要监控寻呼信道课件

1、第6章 移动通信网6.1 移动通信的基本概念及发展历史6.2 基本技术和网络结构6.3 GSM系统6.4 CDMA系统6.5 卫星通信系统思考与练习题题本章探讨以下几个方面的问题：(1) 现代移动通信系统的雏形是怎么形成的？在形成过程中会有什么问题？怎么克服?(2) 对于给定的频率资源，大家如何来共享? 采用什么样的多址技术， 使得有限的资源能传输更大容量的信息?(3)由于移动环境中噪声与干扰的存在， 基站和移动台之间如何减少噪声，保持有效通信？(4) 移动通信的基本特点是用户在网络覆盖的范围内可任意移动。这就要解决下面两个问题：一是当移动用户从一个基站的覆盖区移动到另一个基站的覆盖区时，如何

2、保证用户通信过程的连续性，即如何实现有效的越区切换? 二是用户在移动网络中任意移动，网络如何管理这些用户，使网络在任何时刻都知道，该用户当前在哪一个地区的哪一个基站覆盖的范围内，即如何解决移动性管理的问题?6.1 移动通信的基本概念及发展历史6.1.1 移动通信的基本概念 移动通信是指通信的一方或双方可以在移动中进行的通信过程，也就是说，至少有一方具有可移动性。如：移动体与固定点之间 活动的人与固定点之间 人与人之间 人与移动体之间的通信还可以煮鸡蛋！1移动通信的特点 (1) 用户的移动性。 (2) 电波传播条件复杂。 (3) 噪声和干扰严重。 (4) 系统和网络结构复杂。移动通信系统是一个多

3、用户通信系统和网络，必须使用户之间互不干扰，能协调一致地工作。 (5) 有限的频率资源。在无线网中，频率资源是有限的，ITU对无线频率的划分有严格的规定。提高系统的频率利用率.新闻链接 2移动通信的分类 按使用对象分为：军用、民用移动通信系统按经营方式分为：专用、公用移动通信系统按信号性质分；模拟制、数字制移动通信系统按无线频段工作方式分：单工、半双工、双工制移动通信系统按用途和区域分为：陆地、海上、空中移动通信系统；特殊使用环境：如地下隧道、矿井、水下潜艇等目前使用的移动通信系统有： 航空航天通信系统 航海通信系统 陆地移动通信系统 国际卫星移动通信系统其中陆地移动通信系统应用最广泛，包括：

4、无线寻呼系统无绳电话系统集群移动通信系统蜂窝移动通信系统AMPSTACSNMT其它第一代（1G)上世纪 80年代模拟模拟技术(l) GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第二代（2G)上世纪 90年代数字数字技术话音业务 第三代（3G)本世纪初期IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000TD-SCDMA宽带业务 6.1.2移动通信的发展第四代（4G)2012年IMT-2000advancedTD-LTEFDDLTE广带、分布式业务员OFDM马丁库帕贝尔安东尼奥穆齐移动通信的发展到目前已经历了四个时代:第一代模拟蜂窝移动通信系统(1G)20世纪80年代鼎盛时期无线接口传输的是

5、模拟信号无统一标准，各厂家设备互不兼容制式太多，不易于国际漫游。代表性制式：美AMPS、英TACS采用FDMA技术，频谱利用率低业务种类单一，只提供语音业务保密性差，易被窃听安全性差，易被盗号容量小，不能满足用户日益增长的需要第一代移动通信的收费模式商用之初模拟移动通信制式分布北美系统英国北欧（瑞典、挪威和丹麦）大哥大的不足2001年我国模拟网关闭大哥大的不足第二代数字移动通信系统(2G)1982开始研究，1993年投入商用无线接口传输的是数字信号标准相对统一，主要制式有：泛欧标准的GSM、美DAMPS(数字先进移动电话系统 )和IS-95CDMA、日本PDH等可实现区域性漫游采用TDMA/C

6、DMA技术，频率利用率高；系统容量大业务种类比较多，可提供语音、低速数据(最高用户接入速率9.6Kbps，只能传送一些小数据量的文本信息：Fax、Email、FTP)保密性好（数字信号可以加密）安全性好，不易被盗号（MS身份有完善的保护）抗干扰性好，信号好用户密度急剧增长数据业务需求不断提高2G系统手空中接口及网络能力的限制，难以满足市场的需求太慢了第三代多媒体移动通信系统3G 1985年ITU-T成立了研究组，征集方案。 1997年提出“IMT-2000家族”的概念。进入21世纪3G系统开始商用。实现全球无缝覆盖，全球漫游提供语音和中高速数据，以数据为主；可支持多媒体业务采用主要技术是CDM

7、A，频率利用率高，系统容量大标准也不能实现全球统一，无线接口的主流技术有：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA（我国自主开发的技术） 3G全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖高频谱效率高服务质量，高保密性能提供多媒体业务，速率最高到2Mb/s车速环境：144kb/s步行环境：384kb/s室内环境：2Mb/s终端价格低 4G第四代移动通信系统第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：4G。包括TD-LTE(long Term Evolution)和FDD-LTE两种制式4G是集3G与WLAN于一体，能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100M

8、bps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL（4兆）快25倍，能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。IMT-Advanced的定义： 具有超过IMT-2000能力的新能力的移动系统。该系统能够提供广泛的电信业务：由移动和固定网络支持日益增加的基于包传输的先进的移动业务。IMT-Advanced无线接口技术：无线信号传输的编码技术：Turbo、LDPC（低密度校验码）、Woven码；调制技术：OFDM（正交频分复用）、SC/FDE（单载波频域均衡技术）、DCDM（动态码分复用又称星座交叠）；多天线技术：MIMO、空时编码、智能天线、链路自适应技术。1999年启动，新一代技术规划2000年考虑

9、IMT-2000的未来发展和后续演进2005年10月，完成了IMT-2000后续演进系统的命名： 将System Beyond IMT-2000命名为IMT-Advanced2006年8月，起草标准征集的通函2007年10月，争取为IMT-2000、 IMT-Advanced新分配频段，并给出频谱使用建议计划2008年3月完成征集标准的通函，开始征集无线接入技术标准2010年底完成第一版本的标准IMT.GCS，是海外主流运营商规模建设4G的元年。IMT-Advanced最早于2012年开始商用。2013年，谷歌光纤概念开始在全球发酵，在美国国内成功推行的同时，谷歌光纤开始向非洲、东南亚等地推广

10、，给全球4G网络建设再次添柴加火。同年8月，国务院总理李克强日前主持召开国务院常务会议，要求提升3G网络覆盖和服务质量，推动年内发放4G牌照。12月4日正式向三大运营商发布4G牌照，中国移动、中国电信和中国联通均获得TD-LTE牌照5G标准的研究已提上日程。移动通信系统数据传输速率比较第一代模拟式仅提供语音服务；第二代数位式移动通信系统传输速率只有9.6Kbps，最高可达32Kbps；第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbps；第四代移动通信系统传输速率可达到20Mbps，甚至最高可以达到高达100Mbps，这种速度会相当于2009年最新手机的传输速度的1万倍左右,第三代手机传输速度的50

11、倍。第五代？2022？10*4G5G！？第五代移动电话行动通信标准，网速可达5M/S - 6M/S .诺基亚与加拿大运营商Bell Canada合作，完成加拿大首次5G网络技术的测试。测试中使用了73GHz范围内频谱，数据传输速率为加拿大现有4G网络的6倍。由于物联网尤其是互联网汽车等产业的快速发展，其对网络速度有着更高的要求，无疑成为推动5G网络发展的重要因素。还是全球各地，均在大力推进5G网络，以迎接下一波科技浪潮。特点？作业1查询资料，描述5G的技术特点与应用。答案后需附上参考文献 移动通信发展的趋势：网络业务数据化、分组化网络服务个人化网络技术宽带化、智能化使用更高的频段采用更有效利用

12、频率的技术万物互联智慧化6.2 基本技术和网络结构6.2.1 移动通信网的系统构成图6.1 移动通信网的组成移动业务交换中心基站移动台中继传输系统数据库 1移动业务交换中心MSC 移动业务交换中心MSC(Mobile-services Switching Centre)是蜂窝通信网络的核心。负责本服务区内所有用户的移动业务的实现，MSC有如下作用： 信息交换功能：为用户提供终端业务、承载业务、补充业务的接续； 集中控制管理功能：无线资源的管理，移动用户的位置登记、越区切换等； 通过网关MSC与公用电话网相连。 2基站BS 基站BS(Base Station)负责和本小区内移动台之间通过无线电波

13、进行通信，并与MSC相连，以保证移动台在不同小区之间移动时也可以进行通信。 3移动台MS 移动台MS(Mobile Station)即手机或车载台。它是移动网中的终端设备，要将用户的信息进行变换并以无线电波的方式进行传输。 4中继传输系统 在MSC之间、MSC和BS之间的传输线均采用有线方式。 5数据库 移动网中的用户的位置是不确定的。数据库是用来存储用户的有关信息（包括用户的位置及其他的信息），对用户进行接续。数字蜂窝移动网中的数据库有归属位置寄存器(HLR: Home Location Register)、访问位置寄存器(VLR: Visitor Location Register)、鉴权

14、认证中心(AUC: Authentic Center)、设备识别寄存器(EIR: Equipment Identity Register)等。 6.2.2 移动通信网的覆盖方式(组网方式)大区制概念：在一个服务区内只有一个基站负责移动通信的联络和控制。天线架设高，发射功率大。设备简单，技术容易实现频谱利用率低，用户容量小适用于：小城市与业务量不大的城市小区制概念：将整个服务区划分为若干个小无线区，每个小无线区分别设置一个基站负责本区的移动通信的联络和控制，同时又可在MSC的统一控制下，实现小区间移动通信的转接及与市话网的联系。基站服务区域小，发射功率低频率可以重复使用，容量大带来了同频干扰基站

15、数量多，越区切换频繁，控制复杂，建网成本高蜂窝移动通信网：由若干个邻接的无线小区组成一个无线区群，再由若干个无线区群组成一个服务区。 满足上述条件的区群形状和区群内的小区数不是任意的。可以证明， 区群内的小区数K应满足下式： K = i 2 + ij + j 2 式中i和j分别是相邻同频小区之间的二维距离，i，j为正整数,其中可以一个为0, 但不能同时取0。按照以上条件，可确定K有如下数值；i 1 2 2 3 2 3 4 3 4j 1 0 1 0 2 1 0 2 1K 3 4 7 9 12 13 16 19 21由不同的K值得到各种单位无线区群的构成图形，A3A1A2B3B1B2C3C1C2A

16、3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2 对于 K = 3的小区结构对于 K = 4的小区结构1234111111222223333344444432K = i2 + ij + j2 K = 22 + 2*0 + 02= 4 同频复用距离D=3K R= 3.46RiDR对于 K = 7的小区结构123456712345672112345671234567ij1234567123567DR

17、K = i2 + ij + j2 K = 22 + 2*1 + 12D= 4.58R所以：正六边形无线区群的构成条件区群之间彼此邻接且无空隙； 相邻区群中，同频无线小区之间距离保持相等，且为最大。 从小区形状的选择：面状、带状采用正六边形无线小区邻接构成整个服务区为最好，因此这种六边形结构得到了广泛应用。因服务区状似蜂窝，故名蜂窝网。6.2.3 移动通信网中的基本技术 1多址方式多址：蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳一个用户进行通话，许多同时通话的用户，互相以信道来区分，这就是多址。多址技术是指射频信道的复用技术，对于不同的移动台和基站发出的信号赋予不同的特征，以示区别。信号

18、特征可表现在工作频率、出现时间、编码序列等。种类：频分多址（FDMA）、 时分多址（TDMA）、 码分多址（CDMA）、 空分多址（SDMA）多址接入FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA频分多址技术 业务信道在不同频段分配给不同的用户。如TACS、AMPS。时分多址技术 业务信道在不同的时间分配给不同的用户。如GSM、DAMPS。码分多址技术 所有用户在同一时间、同一频段上、根据不同的编码获得业务信道。一 . FDMA1.FDMA系统原理概念：把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道，一个频道即一

19、个信道，分配给一个用户使用。 在频分双工（FDD）系统中，一个信道是一对频率，一个为上行，另一个为下行频率。 2.FDMA系统特点 （1）每个频道一对频率，只可传一路话音，频率利用率低，系统容量有限。 （2）信息连续传输。 （3）FDMA不需要复杂的成帧、同步和突发脉冲序列的传输，MS设备相对简单，技术成熟，易实现；但系统中有多个频率信号，易相互干扰，且保密性差。 （4）BS的共用设备成本高且数量大，每个信道就需要一套收发信机。 （5）越区切换时，只能在语音信道中传输数字信令，要抹掉一部分语音来传输突发脉冲序列。 二 .TDMA1.TDMA系统原理概念：TDMA是在一个宽带的无线载频上，把时间

20、分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，每个时隙就是一个信道，分配给一个用户使用。2.TDMA的帧结构TDMA帧是TDMA系统的基本单元，它由时隙组成，在时隙内传送的信号叫突发（Burst），各个用户发射的时隙相互连成一个TDMA帧。GSM系统中，1个TDMA帧的帧长为4 .625ms，每帧8个时隙。3.TDMA系统的特点（1）TDMA系统的基站只用少量发射机，可避免多部不同频率的发射机同时工作而产生互调干扰，抗干扰能力强，保密性好。（2）对时隙动态分配，系统容量较FDMA大。（3）网络控制功能强，越区切换方便。（4）需要严格的定时与同步。（5）可提高频谱利用率，减少BS工作频道数，从而降低B

21、S造价，还可方便非话业务的传输。GSM系统中使用FDMA/TDMA组合技术。首先把890915MHZ（25MHZ）的总频段划分成124各频道（频道间隔200KHZ），每个频道再划分为8个时隙，共可提供992个信道，用户使用的信道是在某一频道上的一个时隙。三 . CDMA1.概念：CDMA系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。2.特点： （1）网内所有用户使用同一频率，占用相同的带宽。 各个用户可以同时发送/接收信号。（2 ）通信容量大（3）具有软容量特性（4）可采用“软切换”技术（5）上下行链路均可采用功率控制技术。（6）具有良好的抗干扰、抗衰落性能和保密性好。3.实际

22、码分多址必须具备以下三个必备条件：1).要达到多路多用户的目的，就要有足够多的地址码，而这些地址码又要有良好的自相关特性和互相关特性。2).在码分多址通信系统的各接收端，必须产生与发送端一致的本地地址码，而且，在相位上也要完全同步。3).网内所有用户采用同一载波、相同带宽，同时收发信号，使系统成为一个自干扰系统，为把各用户间的干扰降到最低，码分系统必须和扩频技术相结合，为接收端的信号分离作准备。4.地址码和扩频码地址码和扩频码的设计是码分多址系统的关键之一，具有良好的相关性和随机性。常用的地址码：Walsh码；常用的扩频码（PN）有m序列和Gold 序列两种。扩频技术 概念：将信息的频谱展宽后

23、进行传输的技术叫扩频通信技术。理论依据是香农定理：C=Wlog2（1+S/N） C是信道容量，W是信号带宽，S/N是信噪比 优点：功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获能力。 可实现码分多址； 抗干扰性强，可在较低的信噪比条件下，保证系统传 输质量； 抗衰落能力强。 分类：跳频（FH） 跳时（TH） 直接序列扩频（DS）扩频技术原理直接序列扩频技术概念：基带信号通过一个高速伪随机序列调制，由于伪随机序列的带宽远大于信息带宽从而扩展了发射信号的频谱。扩展频谱的特性取决于所采用的编码序列的码型和速率。为此，选具有近似噪声频谱的伪随机序列（PN），PN的速率（码片速率）将决定扩展频谱的带宽。扩频本振调制

24、解扩混频接收发射伪码（PN）伪码（PN）本振窄带信号窄带信号扩频信号 实际应用中，综合采用FDMA和CDMA技术的，即首先将总频带划分为多个频道，再将一个频道按码字分割，形成信道。 CDMA蜂窝移动通信系统与FDMA系统或TDMA系统相比具有更大的系统容量，更高的话音质量以及抗干扰、保密等优点。在第三代数字蜂窝移动通信系统中，无线传输技术采用CDMA技术。四.SDMA概念：SDMA方式是通过空间的分割来区别不同的用户。在移动通信中，能实现空间分割的基本技术就是采用自适应阵列天线，在不同用户方向上形成不同的波束。SDMA使用定向波束天线来服务于不同的用户，相同的频率或不同的频率都可用来服务于被天

25、线波束覆盖的这些不同区域，扇形天线即可被看作是SDMA的一个基本方式。2.双工方式移动通信的工作方式可分为： 单向通信方式 如：无线寻呼 双向通信方式：单工通信方式双工通信方式:频分双工（FDD）如：GSM、 IS-95CDMA时分双工（TDD）如：TD-SCDMA、PHS 半双工通信方式单工通信所谓单工通信是指通信双方只能交替地进行发信和收信，不能同时进行。根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。 单工通信常用于点到点通信。PTT switch (Push To Talk)双工、半双工通信所谓双工通信，是指通信双方可同时进行发信和收信的工作方式，有时亦称全双工通信。所谓半双工通信，

26、与双工通信类似，其中一方使用双频双工通信方式，另一方则使用双频单工方式，发信时要按下按讲开关。Downlink (in GSM)Forward (in CDMA)Uplink (in GSM)Reverse (in CDMA)双工模式频分双工 (FDD)前向(下行)链路与反向(上行)链路使用不同的频率。在每条链路上，信号是连续传播的。移动台基站前向链路(F1)反向链路(F2)BPF: 带通滤波器BPFBPFBPFBPFF1F2F1F2移动台基站发射机接收机发射机接收机时分双工 (TDD)前向(下行)链路与反向(上行)链路使用相同的频率。发信和收信分别走不同的时隙。在每条链路上，信号是不连续传播

27、的，就如同打“乒乓”球似的。移动台基站前向链路(F1)反向链路(F1)BPF: 带通滤波器发射机接收机BPF发射机接收机BPF移动台基站F1F1同步开关6.2.4 移动通信网网络结构 不同技术的移动通信网，其网络的拓扑结构是不同的。第一代移动通信采用模拟技术，其网络是依附于公用电话网的，是电话网的一个组成部分；第二代移动通信采用数字技术，其网络结构是完全独立的，不再依附于公用电话网。第三代第四代第五代 全国GSM移动通信网是多级结构的复合型网络。移动网和固定网之间的通信是通过移动关口局GMSC来进行转接的。 中国移动的GSM网设置8个一级移动汇接中心，分别设于北京、沈阳、南京、上海、西安、成都

28、、广州、武汉，一级汇接中心为独立的汇接局(即不带客户，只有至基站的接口，只作汇接)，相互之间以网状网相连。全国可划分为若干个移动业务本地网。设立一级汇接中心各省内设立二级汇接中心移动业务本地网6.3 GSM 系 统 GSM即全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication), 其历史可以追溯到1982年，当时，北欧四国向CEPT(Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了一份建议书，要求制定900 MHz频段的欧洲公共电信业务规范，以建立全欧统一的蜂窝系统。1986年决定制定数字蜂窝网标

29、准，同时在巴黎对不同公司、不同方案的八个系统进行了现场试验和比较。1987年5月选定窄带TDMA方案，并于1988年颁布了GSM标准， 也称泛欧数字蜂窝通信标准。 1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行。GSM包括两个并行的系统：GSM900和 DCS1800，这两个系统功能相同，主要是频率不同。我国自从1992年在嘉兴建立和开通第一个GSM演示系统，并于1993年9月正式开放业务。 GSM蜂窝通信网作为世界上首先推出的数字蜂窝通信系统，其自身的优点如下： (1) 频谱效率高。由于采用了高效调制器，信道编码、交织、均衡和话音编码技术，使系统有较高的频谱效率。 (2) 容量大。由于每个

30、信道传输带宽为200 kHz，使得同频复用载干比(载波功率与干扰功率之比)降低至9 dB，故GSM系统同频复用模式缩小，每小区的可用信道数为12.5个，大大高于模拟移动网。 (3) 话音质量高。 (4) 安全性：通过鉴权认证，加密和TMSI号码的使用达到安全的目的。 (5) 在业务方面有一定优势，如可以实现智能业务和国际漫游等。临时识别码(TMSI-Temporary Mobile Subscriber Identity) 防止非法个人或团体通过监听无线路径上的信令交换而窃得移动客户真实的客户识别码(IMSI)或跟踪移动客户的位置。 6.3.1 系统网络结构及接口 GSM数字蜂窝通信系统的主要

31、组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统。基站子系统(BSS)由基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)组成；网络子系统由移动交换中心(MSC)和操作维护中心(OMC)、归属位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权认证中心(AUC)和设备标志寄存器(EIR)等组成。 1移动台(MS) 移动台是移动网中的用户终端，包括移动设备(ME：Mobile Equipment)和移动用户识别模块SIM卡(Subscriber Identity Module，通常称为SIM卡)。 2基站系统(BSS: Base Station System) 基站系统(BSS)负责在一定区域内与移动台之间

32、的无线通信。一个BSS包括一个基站控制器(BSC: Base Station Controller)和一个或多个基站收发台(BTS: Base Transceiver Station)两部分组成。 1) 基站收发台(BTS) BTS是BSS的无线部分，受控于基站控制器BSC，包括无线传输所需要的各种硬件和软件，如发射机、接收机、天线、连接基站控制器的接口电路以及收发台本身所需要的检测和控制装置等。它完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。 2) 基站控制器(BSC) BSC是BSS的控制部分，处于基站收发台BTS和移动交换中心MSC之间。一个

33、基站控制器通常控制几个基站收发台，主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制区内移动台越区切换进行控制等。 3网络子系统(NSS: Network SubSystem) 网络子系统主要包含GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其他通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成，各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过No.7信令系统互相通信。 (1) 移动交换中心MSC是蜂窝通信网络的核心，为本MSC区域内的移动台提供所有的交换和信令功能。 (2) 网关MSC(GMSC：G

34、ateway MSC)是完成路由功能的MSC，它在MSC之间完成路由功能，并实现移动网与其他网的互连。 (3) 归属位置寄存器HLR是用来存储本地用户位置信息的数据库。每个用户都必须在某个HLR中登记。登记的内容主要有： 用户信息：如用户号码、移动设备号码等； 位置信息：如用户的漫游号码、VLR号码、MSC号码等，这些信息用于计费和用户漫游时的接续。这样可以保证当呼叫任一个不知处于哪一个地区的移动用户时，均可由该移动用户的HLR获知它当时处于哪一个地区，进而建立起通信链路。 业务信息：用户的终端业务和承载业务信息、业务限制情况、补充业务情况等。HLR能够为几千万个客户管理数据。 (4) 访问位

35、置寄存器VLR是一个用于存储进入其覆盖区的用户位置信息的数据库。一般的，一个MSC对应一个VLR，记作MSC/VLR。目前的某些VLR能够管理一千万个客户。 (5) 鉴权认证中心AUC与HLR相关联，是为了防止非法用户接入GSM系统而设置的安全措施。AUC 只与它相关的HLR之间进行通信。 (6) 设备识别寄存器EIR是存储移动台设备参数的数据库，用于对移动设备的鉴别和监视，并拒绝非法移动台入网。 (7) 操作和维护中心(OMC: Operation & Maintenance Center)对全网中每一个设备实体进行监控和操作，实现对GSM网内各种部件的功能监视、状态报告、故障诊断、话务量的

36、统计和计费数据的记录与传递等功能。 4接口GSM系统在制定技术规范时就对其子系统之间及各功能实体之间的接口和协议作了比较具体的定义，使不同供应商提供的GSM系统基础设备能够符合统一的GSM技术规范而达到互通、组网的目的。 GSM系统的主要接口有A接口、Abis接口和Um接口等。 (1) A接口定义为网络子系统(NSS)与基站子系统(BSS)之间的通信接口，从系统的功能实体来说，就是移动业务交换中心(MSC)与基站控制器(BSC)之间的互连接口，其物理链接通过采用标准的2.048 Mb/s的PCM数字传输链路来实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理和接续管理等。 (2) Ab

37、is接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器BSC和基站收发信台(BTS)之间的通信接口，用于BTS与BSC之间的远端互连，物理链接通过采用标准的2.048 Mb/s或64 kb/s的PCM数字传输链路来实现。 (3) Um接口(空中接口)定义为移动台MS与基站收发台BTS之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线方式实现。此接口传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。 此外还有网络子系统内部接口： B接口：MSC 和与它相关的VLR之间的接口； C接口：MSC 和HLR之间的接口； D接口：HLR 和VLR之间的接口； E接口：MSC之间的

38、接口； G接口：VLR之间的接口； H接口：HLR 和AUC之间的接口。6.3.2 移动通信网中的几种号码 移动通信中，由于用户的移动性，需要有多种号码对用户进行识别、登记和管理。 1移动台号簿号码(MSISDN) MSISDN即通常人们所说的呼叫某一用户时所使用的手机号码，其编号计划独立于PSTNISDN编号计划，编号结构为CC + NDC + SN其中CC为国家码(如中国为86)，NDC为国内地区码，即网络接入号，如：139，130。SN为客户号码，采用等长8位编号计划，号码总长不超过15位数字。 2国际移动用户标识号(IMSI：International Mobile Subscribe

39、r Identification) 这是网络惟一识别一个移动用户的国际通用号码,对所有的GSM网来说它是惟一的，并尽可能保密。用于GSM所有信令中，移动用户以此号码发出入网请求或位置登记，移动网据此查询用户数据。此号码存储在SIM卡，HLR和VLR中。具体分配如下：MCC + MNC + MSIN3位数字 1或2位数字 10位数字MCC：移动国家码，3位数字，如中国的MCC为460。MNC：移动网号，最多2位数字，用于识别归属的移动通信网。01表示联通，00,02表示移动。MSIN：移动用户识别码，用于识别移动通信网中的移动用户。 IMSI编号计划国际统一，由ITU-T E.212建议规定，以

40、适应国际漫游的需要。它和各国的MSISDN编号计划互相独立，这样使得各国电信管理部门可以随着移动业务类别的增加独立发展其自己的编号计划，不受IMSI的约束。 每个移动台可以是多种移动业务的终端(如话音、数据等)，相应地可以有多个MSISDN，但是IMSI只有一个，移动网据此受理用户的通信或漫游登记请求，并对用户计费。 3国际移动台设备标识号(IMEI：International Mobile Equipment Identification) IMEI是惟一标识移动台设备的号码，又称移动台电子串号。该号码由制造厂家永久性地置入移动台，用户和网络运营部门均不能改变它，其作用是防止有人使用非法的移

41、动台进行呼叫。 根据需要，MSC可以发指令要求所有的移动台在发送IMSI的同时发送其IMEI，如果发现两者不匹配，则确定该移动台非法，应禁止使用。在EIR中建有一张“非法IMEI号码表”，俗称“黑表”，用以禁止被盗移动台的使用。 ITU-T建议IMEI的最大长度为15位。其中，设备型号占6位，制造厂商占2位，设备序号占6位，另有1位保留。我国数字移动网即采用此结构。 4移动台漫游号码(MSRN：Mobile Station Roaming Number) 这是系统分配给来访用户的一个临时号码，供移动交换机路由选择使用。移动台的位置是不确定的，当它漫游进入另一个移动交换中心业务区时，该地区的移动

42、系统必须根据当地编号计划赋予它一个MSRN，经由HLR告知MSC，MSC据此才能建立至该用户的路由。当移动台离开该区后，访问位置寄存器(VLR)和归属位置寄存器(HLR)都要删除该漫游号码，以便再分配给其他移动台使用。MSRN由被访地区的VLR动态分配，它是系统预留的号码，一般不向用户公开。 5临时移动用户识别码(TMSI：Temporary Mobile Subscriber Identities) 为了对IMSI保密，在空中传送用户识别码时用TMSI来代替IMSI。TMSI是由VLR给用户临时分配的，只在本地有效(即在本MSC/VLR区域内有效)。6.3.3 信道类型及时隙结构 1逻辑信道

43、 GSM通信系统中，根据所传输的信息不同，将逻辑信道分为业务信道(TCH: Traffic Channel)和控制信道(CCH: Control Channel)。 1) 业务信道TCH 业务信道传输编码的话音或用户数据，按速率的不同分为全速率业务信道(TCH/F)和半速率业务信道(TCH/H)。 2) 控制信道CCH 控制信道传输各种信令信息和同步数据。控制信道分为以下三类： (1) 广播信道(BCCH)：一种一点到多点的单方向控制信道，用于基站向移动台的下行方向。用于移动台入网、位置登记和呼叫建立(如同步信息)。 (2) 公共控制信道(CCCH)：一种一点对多点的双向控制信道，用于传送呼叫

44、接续阶段所必需的各种信令信息。其中，CCCH又可以分为以下三种： 随机接入信道(RACH)：上行信道，用于移动台在申请入网时，向基站发送入网请求信息。 接入允许信道(AGCH)：下行信道，用于基站向移动台发送指配专用控制信道DCCH的信息。 寻呼信道(PCH)：下行信道，传送基站对移动台的寻呼信息。 (3) 专用控制信道(DCCH)：一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段和在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息。 2物理信道 GSM系统采用时分多址、频分多址、频分双工方式(TDMA、FDMA、FDD)。采用频段为：上行890915MHz，下行935960 MHz；双

45、工间隔45 MHz。首先在25 MHz的频段内进行频分复用，分为125个载频，载频间隔为200 kHz；再在每个载频上进行时分复用，分为8个时隙。这样，共有1000个物理信道。GSM的帧结构分为帧、复帧、超帧、超高帧。图6.12 GSM系统的时隙结构示意图 在GSM中，基本的无线资源单位是一个时隙(Slot)，每个时隙含156.25个码元，占576.9 s。相当1bit的持续时间约为3.69um。在时隙内传送的脉冲串叫“突发”burst 每一个TDMA基本帧(Frame)含8个时隙，共占4.615 ms。 多个TDMA基本帧构成复帧(Multiframe)，其结构有如下两种： (1) 26-帧

46、的复帧，即含26帧的复帧，其周期为120 ms，这种复帧主要用于承载TCH业务信道、SACCH、FACCH。 (2) 51-帧的复帧，即含51帧的复帧，其周期为235.385 ms，用于承载控制信道、BCCH、CCCH和DCCH等。 多个复帧又构成超帧(Super Frame)，它是一个连贯的 5126TDMA帧，即一个超帧可以是包括51个26-帧的复帧，也可以是包括26个51-帧的复帧。超帧的周期均为1326个TDMA帧，即 6.12秒。 多个超帧构成超高帧(Hyper Frame)。它是帧结构最长的重复周期，包括 2048个超帧，周期为12 533.76秒，即3小时28分53秒760毫秒。

47、用于加密的话音和数据.6.3.4 呼叫接续与移动性管理 与固定网一样，移动通信网最基本的作用是给网中任意用户之间提供通信链路，即呼叫接续。但与固定网不同的是用户的移动性，要进行移动性管理，这是移动通信系统中所特有的。位置登记越区切换GSM系统中典型的呼叫接续、位置登记、越区切换等操作过程。 1位置登记 介绍两个概念： (1) 位置区：移动台不用进行位置更新就可以自由移动的区域，可以包含几个小区。当呼叫某一移动用户时，由MSC可以追踪移动台究竟处于所在位置区的哪个小区。位置区标识(LAI：Location Area Identifier)是在广播控制信道BCCH中广播的。 (2) MSC区：由该

48、MSC所控制的所有基站的覆盖区域组成。一个MSC区可以包含几个位置区。 位置登记过程是指移动通信网对系统中的移动台进行位置信息的更新过程，它包括旧位置区的删除和新位置区的注册两个过程。 移动台的信息存储在HLR、VLR两个存储器中。当移动台从一个位置区进入另一个位置区时，就要向网络报告其位置的移动，使网络能随时登记移动用户的当前位置，利用位置信息，网络可以实现对漫游用户的自动接续，将用户的通话、分组数据、短消息和其他业务数据送达漫游用户。 移动台开机后，就搜寻BCCH信道，从中提取所在位置区标识(LAI)。如果该LAI与原来的LAI相同，说明移动台还在原来的位置区，不需要进行位置更新；若不同，

49、说明移动台已离开原来的位置区，则必须进行位置登记。在同一个MSC/VLR中进行， VLR（位置区的信息）进行位置更新在MSC/ VLR发生变化时(用户进入新的MSC/ VLR区时)， VLR和HLR（用户所在的MSC/ VLR的信息）都要进行更新。移动用户可能用IMSI来标识自己，移动用户用TMSI来标识自己。 1) 移动台用IMSI来标识自己时的位置登记和删除 当移动台用IMSI来标识自己时，仅涉及VLR用户新进入区域的VLR和用户所注册的HLR。 当移动台进入某个MSC/VLR控制的区域时，MS通过BS向MSC发出位置登记请求消息。若MS用IMSI标识自己，则新的VLR在收到MSC“更新位

50、置区”的消息后，可根据IMSI直接判断出该MS的HLR地址。VLR给该MS分配漫游号码MSRN，并向该HLR发送“更新位置区”的消息。HLR收到后，将该MS的当前位置记录在数据库中，同时用“插入用户数据”消息将该MS的相关用户数据发送给VLR。当收到VLR发来的“用户数据确认”消息后，HLR回送“位置更新确认”消息，然后VLR通过MSC和BS向MS回送确认消息，位置更新过程结束。图6.13 移动台用IMSI来标识自己时的位置登记和删除包含IMSI 2) 移动台用TMSI来标识自己时的位置登记和删除 当移动台进入一个新的MSC/VLR区域时，若MS用原来的VLR(PVLR)分配给它的临时号码TM

51、SI来标识自己，则新的VLR在收到MSC“更新位置区”的消息后，不能直接判断出该MS的HLR。 新的VLR要求原来的PVLR（位置更新前MS所属的VLR ）“发送身份识别信息”(Send ID Entification)消息，要求得到该用户的IMSI，PVLR用身份识别信息响应(Send ID Entification ACK)消息将该用户的IMSI送给新的VLR，VLR再给该用户分配一个新的TMSI。图6.14 移动台用TMSI来标识自己时的位置登记和删除（包含IMSI）（不能直接判断） 2呼叫接续 一次成功的移动用户呼出的接续过程，可以概括为以下的步骤： (1) 首先移动台与基站之间建立专

52、用控制信道。MS在“随机接入信道(RACH)”上，向BS发出“请求分配信令信道”信息，申请入网；若BS接收成功，就给这个MS分配一个“专用控制信道(DCCH)”，用于在后续接续中MS向BS传输必需的控制信息；并在“准许接入信道”(AGCH)上，向MS发送“指配信令信道”消息。图6.15 呼叫接续过程移动台与基站之间建立专用控制信道完成鉴权和有关密码的计算呼叫建立过程建立业务信道话终挂机专用控制信道信令链路分配无线业务信道找到可用的业务信道 (2) 完成鉴权和有关密码的计算。MS收到“指配信令信道”消息后，利用“专用控制信道(DCCH)”和BS建立起信令链路，经BS向MSC发送“业务请求”信息。

53、MSC向有关的VLR发送“开始接入请求”信令。VLR收到后，经过MSC和BS向MS发出“鉴权请求”，其中包含一随机数，MS按规定算法对此随机数进行处理后，向MSC发回“鉴权响应”信息。若鉴权通过，承认此MS的合法性，VLR就给MSC发送“置密模式”命令，由MSC向MS发送“置密模式”指令。MS收到后，要向MSC发送“置密模式完成”的响应信息。同时VLR要向MSC发送“开始接入请求应答”信息。VLR还要给MS分配一个TMSI号码。 (3) 呼叫建立过程。 MS向MSC发送“建立呼叫请求”信息。MSC收到后，向VLR发出“要求传送建立呼叫所需的信息”指令。如果成功，MSC即向MS发送“呼叫进展”的

54、信令，并向BS发出分配无线业务信道的“信道指配”指令，要求BS给MS分配无线信道。 (4) 建立业务信道。如果BS找到可用的业务信道(TCH)，即向MS发出“信道指配”指令，当MS得到信道时，向BS和MSC发送“信道指配完成”的信息。MSC把呼叫接续到被叫用户所在的移动网的MSC或固定网的交换局，并和对方建立信令联系。若对方用户可以接受呼叫，则通过BS向MS送回铃音。当被叫用户摘机应答后，MSC通过BS向MS送“连接”指令，MS则发送“连接确认”进行响应，即进入通话状态。 (5) 话终挂机。通话结束，当MS挂机时，MS通过BS向MSC发送“断开连接”消息，MSC收到后，一方面向BS和MS发送“

55、释放”消息，另一方面与对方用户所在网络联系，以释放有线或无线资源；MS收到“释放”消息后，通过BS向MSC发送“释放完成”消息，此时通信结束，BS和MS之间释放所有的无线链路。 3越区切换 越区切换是指当通话中的移动台从一个小区进入另一个小区时，网络能够把移动台从原小区所用的信道切换到新小区的某一信道，而保证用户的通话不中断。 保证用户的成功切换是移动通信网的基本功能之一，也是移动网和固定网的重要不同点之一。 越区切换有两种不同的情况： (1) 同一MSC内的基站之间的切换，称为MSC内部切换(Intra-MSC)。这又分为同一BSC控制区内不同小区之间(Intra-BSS)的切换和不同BSC

56、控制区内(Inter-BSS)小区之间的切换。 (2) 不同MSC的基站之间的切换，称为MSC间切换(Inter-MSC)。 越区切换是由网络发起，移动台辅助完成的。MS周期性地对周围小区的无线信号进行测量，及时报告给所在小区，并送给MSC。网络会综合分析移动台送回的报告和网络所监测的情况，当网络发现符合切换条件时，进行越区切换的有关信令交换，然后释放原来所用的无线信道，在新的信道上建立连接并进行通话。 1) MSC内部切换(Intra-MSC)的过程图6.16 Intra-MSC切换过程检测MS的合法性 MS周期性地对周围小区的无线信号进行测量，并及时报告给所在小区。当信号强度过弱时，该MS

57、所在的基站(BSS-A)就向MSC发出“越区切换请求”消息，该消息中包含了MS所要切换的小区列表。MSC收到该消息后，就开始向新基站(BSS B)转发该消息，要求新基站分配无线资源，BSS B开始分配无线资源。 BSS B若分配无线信道成功，则给MSC发送“切换请求应答”消息。MSC收到后，通过BS向MS发“切换命令”，该命令中包含了由BSS B分配的一个切换参考值，包括所分配信道的频率等信息。MS将其频率切换到新的频率点上，向BSS B发送“切换接入(Handover-Access)”消息。BSS B检测MS的合法性，若合法，BSS B 发送“切换检测(Handover-Detect)”消息

58、给MSC。同时，MS通过BSS-B送“切换完成”给MSC，MS与BSS-B正常通信。 当MSC收到“切换完成”消息后，通过“清除命令(Clear-Command)”释放BSS-A上的无线资源，完成后，BSS-A送“清除完成”给MSC。至此，一次切换过程完成。 2) MSC之间切换(Inter-MSC)的过程 MSC之间切换的基本过程与Intra-MSC的切换基本相似，所不同的是，由于是在MSC之间进行的，因此，移动用户的漫游号码要发生变化，要由新的VLR重新进行分配。CDMA 系 统CDMA系统概述 1CDMA技术的发展历程及标准 CDMA系统，即采用CDMA技术的数字蜂窝移动通信系统，简称C

59、DMA系统。它是在扩频通信与地址码技术上发展起来的。 CDMA技术的标准化经历了几个阶段：IS-95是CDMA系列标准中最先发布的标准；IS-95A真正在全球得到IS-95A广泛应用，这一标准支持8 kb/s编码话音服务，后来又推出13 kb/s话音编码器。IS-95B； 1998年2月美国高通公司宣布，用于CDMA基础平台上。可提供CDMA系统性能，并提供对64 kb/s数据业务的支持。与IS-95A系列标准总称为IS-95。CDMA one是基于IS-95标准的各种CDMA产品的总称，即所有基于CDMA one技术的产品，其核心技术均以IS-95为标准。IS-95建议的CDMA技术扩频带宽

60、约为1.25 MHz，信息数据速率最高为13kb/s，它属于窄带CDMA范畴。窄带CDMA的缺点是传输能力有限，不能提供多媒体业务，扩频增益不高，不能充分地利用扩频通信的优点。第三代移动通信的标准，统称为IMT-2000，设计目标是在移动台高速运动时，用户的最高速率要达到144 kb/s，更高可达到 384 kb/s；提供Internet接入、电视会议和其他宽带业务。又称为宽带CDMA系统，其中最具代表性的技术是WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA技术。2001年12月31日，中国联通CDMA网在全国开通运营。 国际电信联盟已将CDMA定为未来的移动通信的统一标准之一。6.4.2 C